基于水下滑翔机的中尺度涡观测策略及可行性研究

发布时间：2022-01-17 14:16

　　中尺度涡是普遍存在于世界各个海域的一种海洋现象,具有长期、封闭环流的特点,通常典型的空间尺度可以达到几十至几百千米,生命周期为几天到上百天,是海洋环境的重要组成部分,对海洋物理、化学、生物等有着多方面的影响,因此具有重要的研究意义,也一直是海洋研究的热点问题。利用潜标系统、卫星高度计、浮标等观测平台对中尺度涡的观测存在一定的局限性,且对于中尺度涡的观测也不够完善。水下滑翔机是20世纪末投入应用的一种自主式水下无人观测平台,具有工作时间长、航行距离远、低噪声、小巧、易于布放回收等优点,可携带不同的传感器进行海洋水文参数观测。因此,本文提出了利用水下滑翔机对中尺度涡进行观测,研究成果对于完善中尺度涡观测提供了新思路,同时,对于拓展水下滑翔机在中尺度涡观测中的应用提供理论指导。本文根据现有的中尺度涡观测、研究成果,分析了中尺度涡的时空特征、温盐特征以及流场特征,以此为基础设计了滑翔机对中尺度涡的周向观测与径向观测两种观测策略。通过CFD数值模拟,利用动网格方法和6-DOF模型,分别计算水下滑翔机在周向观测与径向观测过程中海流的影响下的六自由度空间运动,分析了水下滑翔机的运动特性。沿着中尺度涡... 

【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
字母注释表
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 传统中尺度涡观测平台研究现状
        1.2.1 海洋调查船
        1.2.2 潜标系统
        1.2.3 卫星高度计
        1.2.4 浮标
    1.3 水下滑翔机观测中尺度涡的现状
    1.4 研究目的与意义
    1.5 主要研究内容
第二章 中尺度涡特征及观测策略
    2.1 引言
    2.2 传统中尺度涡观测方法
    2.3 中尺度涡的特征
        2.3.1 中尺度涡时空特征
        2.3.2 中尺度涡温盐特征
        2.3.3 中尺度涡流场特征
    2.4 水下滑翔机的观测策略
        2.4.1 中尺度涡周向观测
        2.4.2 中尺度涡径向观测
    2.5 观测区域的确定
    2.6 观测策略对水下滑翔机的要求
    2.7 本章小结
第三章 周向观测策略可行性分析
    3.1 引言
    3.2 6-DOF运动仿真基本原理
        3.2.1 6-DOF仿真用动力学模型
        3.2.2 动网格技术
        3.2.3 UDF函数
    3.3 水下滑翔机 6-DOF动力学模型
        3.3.1 坐标系的建立与参数定义
        3.3.2 水下滑翔机受力分析
    3.4 水下滑翔机 6-DOF运动仿真
        3.4.1 水下滑翔机几何模型
        3.4.2 计算区域的选取
        3.4.3 划分网格与参数设置
        3.4.4 边界条件设置
        3.4.5 控制方程及湍流模型
        3.4.6 加载UDF函数
        3.4.7 动网格设置
        3.4.8 求解方法与参数设置
    3.5 计算结果分析
    3.6 周向观测策略分析
    3.7 本章小结
第四章 径向观测策略可行性分析
    4.1 引言
    4.2 水下滑翔机运动仿真
    4.3 计算结果分析
    4.4 滑翔机径向观测策略分析
    4.5 海试数据验证
    4.6 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]自动剖面浮标研究现状及展望[J]. 陈鹿,潘彬彬,曹正良,崔维成.  海洋技术学报. 2017(02)
[2]越南东部海域一个气旋涡的特征分析[J]. 胡冬,陈希,李妍,毛科峰,张守业.  解放军理工大学学报(自然科学版). 2017(02)
[3]基于潜标资料的中南半岛外海水文特征分析[J]. 张洪欣,唐声全,刘祥宇,张小波,张莹,陈学恩.  海洋气象学报. 2017(01)
[4]国产水下滑翔机2014年南海海试实验数据分析[J]. 任强,于非,李硕,俞建成,司广成.  海洋技术学报. 2017(01)
[5]国外海洋调查船发展历史和趋势以及对我国的启示[J]. 孟庆龙,杨维维,孙雅哲,李尉尉.  海洋开发与管理. 2016(11)
[6]深海滑翔机技术与应用现状[J]. 俞建成,刘世杰,金文明,黄琰.  工程研究-跨学科视野中的工程. 2016(02)
[7]实时传输潜标平台中的水上通信浮标设计[J]. 李文彬,张选明,李家军,李墨,张文良.  海洋技术学报. 2014(05)
[8]南海北部中尺度涡与内波相遇的特征分析[J]. 司广成,于非,刁新源.  海洋科学. 2014(07)
[9]水下滑翔机的海洋应用[J]. 庞重光,连喜虎,俞建成.  海洋科学. 2014(04)
[10]南海及西北太平洋卫星高度计资料分析:海洋中尺度涡统计特征[J]. 林宏阳,胡建宇,郑全安.  台湾海峡. 2012(01)

博士论文
[1]混合驱动水下滑翔机系统设计与运动行为研究[D]. 刘方.天津大学 2014
[2]中尺度涡[D]. 张正光.中国海洋大学 2014
[3]星载雷达高度计误差分析和定标技术研究[D]. 徐曦煜.中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心） 2008

硕士论文
[1]水下滑翔机运动建模与滑翔控制研究[D]. 陈力萍.中国海洋大学 2014
[2]北太平洋中尺度涡现象分析[D]. 郑聪聪.中国科学院研究生院（海洋研究所） 2013
[3]水下滑翔机定常运动分析和试验研究[D]. 陈进.华中科技大学 2012
[4]温差能驱动水下滑翔机性能的研究[D]. 倪园芳.上海交通大学 2008



本文编号：3594877